(57)【要約】 【構成】  マルチフィラメントファイバーでは、モノフィラメントの径方向断面が多辺形で、各モノフィラメントが多辺形の辺と辺とで接触している。【効果】  モノフィラメント間の摩擦力により、マルチフィラメントファイバーの強度が高まる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノフィラメントを引き揃えたマルチフィラメントファイバーであって、
モノフィラメントの径方向断面が多辺形で、各モノフィラメントが多辺形の辺と辺とで接触しているマルチフィラメントファイバー。
【請求項２】
モノフィラメントが合成繊維もしくはカーボンファイバーであることを特徴とする、請求項１のマルチフィラメントファイバー。  
【請求項３】
径方向断面が円形ないし楕円形のモノフィラメントを引き揃えたマルチフィラメントファイバーを紡糸する紡糸ステップと、
紡糸したマルチフィラメントファイバーを径方向に圧縮することにより、モノフィラメントの径方向断面を多辺形に変形させると共に、多辺形の辺と辺とでモノフィラメントを互いに接触させる改質ステップ、とを行うマルチフィラメントファイバーの製造方法。
【請求項４】
マルチフィラメントファイバーが加熱された状態で、もしくはマルチフィラメントファイバーが溶媒により膨潤した状態で、前記改質ステップを行うことを特徴とする、請求項３のマルチフィラメントファイバーの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、高強度のマルチフィラメントファイバーとその製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
タイヤコード、漁網、ロープ等において、繊維の強度を高めることが要求されている。マルチフィラメントファイバーの強度に関し、特許文献１（JP2006-89898）はモノフィラメントの配向度、結晶化度、結晶化部分とアモルファスな部分とのバランス、等を指摘している。なお配向度、結晶化度等を操作する手段として、フィラメントの延伸が良く知られている。
【０００３】
上記の手法は、モノフィラメントの強度を高めることにより、マルチフィラメントファイバーの強度を高めるものである。発明者はこれに対して、モノフィラメント間の摩擦力を高めることにより、マルチフィラメントファイバーの強度を高める手法を検討し、この発明に到った。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】JP2006-89898
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この発明の課題は、モノフィラメント間の摩擦力を高めることにより、マルチフィラメントファイバーの強度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明のマルチフィラメントファイバーはモノフィラメントを引き揃えたもので、モノフィラメントの径方向断面が多辺形（多角形）で、各モノフィラメントが多辺形の辺と辺とで接触している。モノフィラメントは天然繊維、特に蜘蛛の糸等の動物繊維でも、セルロース繊維等の植物繊維でも良い。しかし好ましくは、モノフィラメントは合成繊維もしくはカーボンファイバー、特に６ナイロン、６，６ナイロン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、等の合成繊維である。さらにマルチフィラメントファイバーを、１種類の即ち同じ組成のモノフィラメントにより構成しても、組成が異なる複数種類のモノフィラメントにより構成しても良い。
【０００７】
この発明のマルチフィラメントファイバーは例えば、
径方向断面が円形ないし楕円形のモノフィラメントを引き揃えたマルチフィラメントファイバーを紡糸する紡糸ステップと、
紡糸したマルチフィラメントファイバーを径方向に圧縮することにより、モノフィラメントの径方向断面を多辺形に変形させると共に、多辺形の辺と辺とでモノフィラメントを互いに接触させる改質ステップ、
とにより製造できる。
【０００８】
改質ステップでは、モノフィラメントの弾性限界を超える力を加えて、円形〜楕円形の断面を多辺形の断面へと塑性変形させる。そして塑性変形を容易にするため、好ましくはマルチフィラメントファイバーがガラス転移点以上の温度へ加熱された状態で、もしくはマルチフィラメントファイバーが溶媒により膨潤した状態で、改質ステップを行う。
【０００９】
径方向の断面（以下単に「断面」）が円形〜楕円形のモノフィラメントから成るマルチフィラメントファイバーでは、軸方向（繊維の長手方向）に沿ってフィラメントが互いに線接触している。マルチフィラメントファイバーに張力を加え、限界を超える力が作用するモノフィラメントが生じた場合、そのフィラメントが引き伸ばされて切断する。このような切断が連鎖的に進むと、マルチフィラメントファイバー全体が切断する。モノフィラメント間には互いの摩擦力が作用するが、線接触であり、摩擦力は小さい。これに対して、モノフィラメントファイバーの断面が多辺形で、辺と辺とが長手方向に密着する面接触によりモノフィラメントが互いに接していると、大きな摩擦力がモノフィラメント間に作用する。このため特定のモノフィラメントが引き伸ばされて切断するとの機構がブロックされ、マルチフィラメントファイバーの強度が増す。
【００１０】
ノズルから紡糸したモノフィラメントの断面は通常は円形〜楕円形である。断面が円形〜楕円形のモノフィラメントを結束し、マルチフィラメントファイバーとする。マルチフィラメントファイバーを、成分のモノフィラメント中のいずれかの種類がガラス転移点以上になるように加熱し、断面方向に圧縮する。モノフィラメントは空隙が無くなるように塑性変形し、この結果、断面が６角形、５角形等の多辺形となり、モノフィラメントは辺と辺とが密着し、摩擦力が増す。要点は、圧縮力を加えて、空隙を埋めるようにモノフィラメントを塑性変形させることである。塑性変形を容易にするため、マルチフィラメントファイバーをガラス転移点以上に加熱するか、あるいは水等の溶媒で膨潤させて変形しやすくすることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例のマルチフィラメントファイバーの電子顕微鏡写真で、材質は蜘蛛（N.maculata spider）の糸である。
【図２】実施例のマルチフィラメントファイバーの電子顕微鏡写真で、材質は６ナイロンである。
【図３】図２と同じ試料の低倍率電子顕微鏡写真。
【図４】実施例での改質工程を模式的に示す図
【図５】変形での改質工程を模式的に示す図
【図６】実施例の工程図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１３】
蜘蛛の糸から成る弦
雌の蜘蛛（N.maculata spider）からモノフィラメントの糸を採取し、引き揃えて90cm長さの束とした。束での蜘蛛の糸の本数は3000本，4000本，5000本の３種類とした。束を撚って73cm長とし、同じ本数の束を３本撚って55cm長の弦とした。蜘蛛の糸の断面を電子顕微鏡で観察すると、直径が10μｍ程度の円形であった。弦にさらに撚りを加えると、いずれの糸本数でも、糸の断面は５角形、６角形等の多辺形に変化し、多辺形に変化した糸が互いに密着して隙間の無い束へと変化した。蜘蛛の糸の断面が撚りにより変化したのは、蜘蛛の糸が一部は結晶相で主成分が非晶質な構造をし、弾性限界も低いためと考えられる。そして撚りを加えると、束の断面積を小さくするように蜘蛛の糸が塑性変形するため、断面が多辺形に変化したものと考えられる。得られた３種類の弦をバイオリンにセットして、演奏することができた。なお弦から生じる音を周波数分析すると、高調波が多い音であった。
【００１４】
合成繊維から成るマルチファイバー
断面が円形のモノフィラメントを圧縮することにより、断面が多辺形のモノフィラメントに改質でき、モノフィラメント間の摩擦力を増すことにより、マルチフィラメントファイバーの引張強度を増すことができるものと推定した。タイヤコードの原料である６ナイロンのマルチフィラメントファイバーの引張強度を増すことを目標として、試料としてナイロン弦を用いた。この弦は、６ナイロンのモノフィラメントを撚った３本の束を互いにさらに撚り、その周囲にスチール線を巻き付けたものである。この構造は、細いロープの周囲にスチール線を巻き付けたものと言える。
【００１５】
６ナイロンのガラス転移点は約60℃で、弦を120℃程度に加熱し、さらに撚りを加えた。撚りを加える前は、ナイロンモノフィラメントの断面は円形で、撚りを加えると、図２のように、６角形、５角形等の多辺形が混ざった構造に変化した。図ではモノフィラメント間に僅かな空隙が見られるが、これはマルチフィラメントファイバーを切断して断面を露出させる際に、モノフィラメントがばらけたためと考えられる。図３は撚りを加えた後の弦の断面を示している。なお弦の周囲のスチール線は、弦を圧縮する際に均一に応力を加える等の作用をしているものと考えられるが、無くても良い。
【００１６】
図２のマルチフィラメントファイバーでは、モノフィラメントとモノフィラメントは辺と辺とが密着するように接触し、フィラメントの長手方向に沿って考えると、面接触をしている。このため一部のフィラメントが引き伸ばされると、接触している他のフィラメントも引き伸ばされ、引張張力がフィラメント間で分散される。従って特定のモノフィラメントが引き伸ばされて切断するとの機構が働き難く、マルチフィラメントファイバーの引張強度が増す。なお一部のフィラメントに傷が発生しても、太い１本のモノフィラメントとは異なり、他のフィラメントに傷が伝搬しない。
【００１７】
モノフィラメントを束ねたマルチフィラメントファイバーを径方向に圧縮し、モノフィラメントを断面が多辺形に変形させることは、６ナイロン以外の合成高分子、あるいはセルロース繊維等の植物性天然高分子、絹糸、羊毛等の動物性天然高分子でも可能である。高強度の糸が必要なのは、タイヤコード、ロープ、漁網などの分野で、用いられる素材は主として合成高分子である。この発明は、６，６ナイロン、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、等の合成繊維にも適用できる。
【００１８】
カーボンファイバーを断面形状が多角形となるように塑性変形させることは可能であるが、大きな圧縮応力を必要とする。これに対して、カーボンファイバーの原材料となるポリアクリロニトリル繊維を断面が多辺形となるように改質し、これを炭素化してカーボンファイバーとすると、断面が多辺形のカーボンファイバーが得られる。  
【００１９】
組成が異なる複数種類のモノフィラメントを束ねた複合ファイバーが知られている。この発明は、このような複合ファイバーにも適用できる。例えばカーボンファイバーと６ナイロン等の合成繊維との複合ファイバーを製造し、圧縮応力を加えると、６ナイロン等が変形して、カーボンファイバー間の空隙を埋める。カーボンファイバーは６ナイロン等の繊維等を介して互いに固定され、全体としての引張強度が増す。
【００２０】
ホルムアルデヒド等の薬品は、繊維間を互いに結合する架橋剤として使用されている。本発明の改質を行う際に、繊維の表面にホルムアルデヒドを直接あるいは水等の溶媒で希釈して付着させておくと、モノフィラメントの多辺形に変化した面と面とをホルムアルデヒドにより架橋し、モノフィラメント間の結合をより強化することができる。
【００２１】
図４は改質工程を模式的に示し、２，３はスチール等のベルトで、軸５により、図の矢印の向きに移動させる。図示しないヒータによりベルト２，３とマルチフィラメントファイバー４を、ファイバー４のガラス転移点以上に加熱する。また必要であれば、図４の処理前にホルムアルデヒド等の架橋剤を、スプレー等により、マルチフィラメントファイバー４を構成するモノフィラメントに付着させる。２枚のベルト２，３でマルチフィラメントファイバー４を挟み込むと、マルチフィラメントファイバー４に大きな圧縮力を加えることができる。この機構は撚りを加えながら圧縮応力を加えるものである。
【００２２】
開口径が先細となるノズルからマルチフィラメントファイバーを引き出しても、圧縮力を加えることができる。このような例を図５に示し、加工装置１０は、断面積がテーパ状に出口側に向かって小さくなるノズル１２の周囲に、環状のヒータ１４を設けたもので、１５はコイル状の発熱体である。ヒータ１４の代わりに筒状の赤外線ヒータ等を用いても良い。ノズル１４は円筒状、楕円筒状に限らず、角筒状などでも良い。加工前のマルチフィラメントファイバー２４をノズル１２を通して引き抜くと、ヒータ１４によりガラス転移点以上に加熱されて塑性変形が容易になり、ノズル１２を通過する間に、ファイバーの直径方向に圧縮され、加工後のマルチフィラメントファイバー２５となる。そしてこれに伴い、ファイバー２４中のモノフィラメントが円柱状から角柱状へと変化し、円柱状のフィラメント間の隙間が消滅して、角柱状のフィラメントが互いに密着する。またノズルを角筒状にすると、角筒状のマルチフィラメントファイバー２５が得られる。
【００２３】
図６はマルチフィラメントファイバーの製造工程を示し、最初に多数のモノフィラメントから成るマルチフィラメントファイバーを作製する。この段階では、モノフィラメントの断面は円形で楕円形となることもある。マルチフィラメントファイバーをガラス転移点以上に加熱しながら、図４の装置等により圧縮応力を加え、図２のようにモノフィラメントの断面を変形させる。
【００２４】
実施例では、簡単に強度の高いマルチフィラメントファイバーが得られる。特に既存の材質のモノフィラメントを用いて、マルチフィラメントファイバーの引張強度を高めることができる。
【符号の説明】
【００２５】
２，３      ベルト
４          マルチフィラメントファイバー  
５          軸
１０        加工装置
１２        ノズル
１４        ヒータ
１５        発熱体
２４，２５  マルチフィラメントファイバー
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１】
2013221223.tif 000006
【図２】
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【図３】
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